纳米陶瓷生产和金属基纳米陶瓷复合涂层的制备

发布时间：2017-06-06 14:00

  本文关键词：纳米陶瓷生产和金属基纳米陶瓷复合涂层的制备，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属表面的激光熔覆层具有稀释率可控、结合强度高、热变形小等优点。而且,由陶瓷材料与金属混合构成的复合材料涂层,可以将金属良好的塑韧性和陶瓷材料的优异耐磨耐蚀耐高温特性相结合,给耐磨防护涂层的发展提供了广阔空间。随着纳米陶瓷颗粒的应用范围和使用价值不断提高,纳米陶瓷颗粒涌现出很多的制备方法,本文首先介绍了一种用沉淀法制备纳米氧化铝颗粒的生产工艺流程。在水介质中,0.3 M的AlCl3做为铝盐,水浴加热至40~50℃后,用1.0 M的Na2CO3溶液作为沉淀剂(沉淀反应初始加入PEG1500作为表面活性剂),通过优化滴加方式,得到白色沉淀,陈化24h之后,洗涤压滤,在450℃高温下干燥脱水1.5h。最后经过两次粉碎,得到粒径在50nm以下的纳米氧化铝颗粒。然后,本文在铁基板表面采用激光熔覆技术,分别在316L不锈钢表面制备了Al2O3/Fe-Cr-Mo复合涂层;在Q235钢表面制备了SiC/316L复合涂层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等检测了熔覆层显微组织并分析了强化机制。Al2O3/Fe-Cr-Mo复合涂层中,发生Al2O3部分分解,生成铁铝金属间化合物。SiC/316L复合涂层中,微米SiC发生部分分解,有残留的SiC相;纳米SiC发生完全分解,生成新的强化相碳化物M7C3和硅化物FeSi,新的强化相,使熔覆层组织由柱状晶转变为胞状晶。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机、拉伸试验等分析了熔覆层的硬度分布、摩擦磨损性能和拉伸力学性能。Al2O3/Fe-Cr-Mo复合涂层,8 wt.%Al2O3为合适的添加量。与micro-Al2O3相比,在添加量相同时,nano-Al2O3与金属粉末混合更加均匀,组织细小,硬度、抗拉强度高,并表现出优异的抗磨损性能。Al2O3陶瓷增强相通过金属间化合物Fe3Al的过渡与基体间有较高的结合强度,这是复合涂层优异耐磨性的主要原因。SiC/316L复合涂层,熔覆层硬度最高达到527 HV,比316L熔覆层提高了132%,与微米SiC熔覆层相比,其硬度提高100 HV以上,摩擦系数和磨损量均最小,具有优良的抗磨损性能。
【关键词】：纳米氧化铝 激光熔覆 显微组织 摩擦磨损 拉伸性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 激光加工概述11-13
• 1.2 激光熔覆技术13-15
• 1.2.1 激光熔覆技术工艺的分类13-14
• 1.2.2 激光熔覆工艺参数14-15
• 1.2.3 激光熔覆的研究现状与应用前景15
• 1.3 激光熔覆金属基陶瓷复合涂层15-18
• 1.3.1 激光熔覆层材料15-16
• 1.3.2 激光熔覆氧化物陶瓷颗粒增强复合涂层的研究现状16-17
• 1.3.3 激光熔覆碳化物陶瓷颗粒增强复合涂层的研究现状17-18
• 1.4 纳米陶瓷颗粒的制备18-19
• 1.4.1 气相法18-19
• 1.4.2 固相法19
• 1.4.3 液相法19
• 1.5 研究目的及内容19-21
• 1.5.1 研究目的19-20
• 1.5.2 研究内容20-21
• 第2章 纳米氧化铝制备21-32
• 2.1 纳米氧化铝简介21
• 2.2 纳米氧化铝制备实验研究21-25
• 2.2.1 沉淀法制备纳米氧化铝的化学原理21-22
• 2.2.2 测试方法22
• 2.2.3 沉淀剂筛选试验22-23
• 2.2.4 沉淀剂加入量选择试验23
• 2.2.5 沉淀过程反应温度的选择23-25
• 2.2.6 沉淀过程表面活性剂的选择25
• 2.2.7 干燥煅烧温度和时间选择25
• 2.3 高自动化纳米氧化铝工业生产25-31
• 2.3.1 反应陈化25-27
• 2.3.2 压滤洗涤27
• 2.3.3 盘式干燥27-28
• 2.3.4 粉碎28-30
• 2.3.5 热能回收利用30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 激光熔覆Al_2O_3/Fe-Cr-Mo的强化机制和性能32-52
• 3.1 引言32
• 3.2 实验材料32-35
• 3.2.1 基体材料32-33
• 3.2.2 熔覆层材料33-35
• 3.3 激光熔覆涂层制备35-36
• 3.3.1 激光熔覆工艺35-36
• 3.4 测试方法36-39
• 3.4.1 显微组织与结构测试36
• 3.4.2 显微硬度测试36-37
• 3.4.3 纳米压痕测试37
• 3.4.4 拉伸性能测试37-38
• 3.4.5 摩擦磨损性能测试38-39
• 3.5 熔覆层宏观形貌39-41
• 3.6 显微组织分析41-43
• 3.6.1 XRD41
• 3.6.2 金相41-43
• 3.7 力学性能分析43-50
• 3.7.1 硬度43-44
• 3.7.2 纳米压痕结果44-46
• 3.7.3 单轴拉伸性能测试46-48
• 3.7.4 摩擦磨损48-50
• 3.8 本章小结50-52
• 第4章 激光熔覆SiC/316L的强化机制和耐磨损性能52-65
• 4.1 引言52
• 4.2 材料与方法52-54
• 4.3 熔覆层的宏观形貌54
• 4.4 熔覆层的显微组织分析54-60
• 4.4.1 熔覆层物相分析54-57
• 4.4.2 单道熔覆层微观组织分析57-58
• 4.4.3 双层多道搭接熔覆层微观组织分析58-60
• 4.5 熔覆层的硬度分布和摩擦磨损试验60-64
• 4.5.1 熔覆层硬度分布60-61
• 4.5.2 熔覆层的摩擦磨损试验61-64
• 4.6 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果72-73
• 致谢73

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